交流電(1課時完成)

第一單元交變電流第1課時交流電的產生及描述選修3－2

第十一章交變電流傳感器線圈轉動過程中電流變化（a）（b）（c）（d）考點一交變電流的產生及變化規(guī)律1．交流電產生的條件：矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸________轉動，在線圈中將產生按________規(guī)律變化的交變電流．勻速正弦2．中性面：穿過線圈的磁通量________，_______的變化率為________，即感應電動勢為________．最大磁通量零零3.線圈轉動一周，兩次經過中性面，線圈每經過中性面一次，電流的方向就改變________．一次4.線圈在不同的位置，磁通量變化率不同，產生感應電動勢不同，感應電流不同，且電流方向改變，發(fā)電機發(fā)出的電為交流電。一、交變電流的產生警示混淆磁通量與磁通量變化率的含義矩形線圈abcd繞OM軸在勻強磁場中運動，如圖所示，當線圈平面與磁感線平行時，穿過線圈的磁通量及磁通量的變化率，當線圈平面與磁感線垂直時又如何？答案：當線圈平面與磁感線平行時，求穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大；當線圈平面與磁感線垂直時，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零．1）、T/4，T/2，3T/4，T線圈分別處什么位置？2）、各時間段如何變化3）、哪個時刻E最大？哪個時刻E的方向改變？例1

1）當線圈平面轉動到與磁感線平行時，感應電動勢具有最大值(峰值)Em.如果磁感應強度是B，線圈兩邊的邊長分別是l1和l2，線圈面積為S，匝數為n，轉動角頻率為ω，則峰值為：二、交變電流描述2）如果線圈從中性面開始轉動，如右圖所示，任一時刻t感應電動勢的瞬時值就是即：e＝Emsinωt3）若把線圈和電阻R組成閉合電路，電路中就有感應電流：1)感應電動勢瞬時值的表達式：如果線圈從中性面開始，在勻強磁場中以角速度ω繞垂直于磁感線的軸勻速轉動，產生感應電動勢的最大值為Em＝________，式中N為線圈匝數，S為線圈面積．則在時刻t，線圈中產生的感應電動勢的瞬時值是e＝____________；2）由于電流與電動勢的同步性，若感應電流的最大值為Im，感應電流的瞬時值的表達式i＝__________________.NBSω

NBSωsinωt可見，線圈產生的感應電動勢和形成的感應電流都是按正弦規(guī)律變化的．電動勢隨時間變化的關系可表示為右圖所示．值得注意的是：以上反映線圈上感應電動勢瞬時值的公式和圖象都是當線圈平面恰通過中性面時開始計時作出的．線圈通過中性面的瞬時，線圈導體不切割磁感線，感應電動勢為零，磁通量的變化率為零，但穿過線圈平面的磁通量最大．考點二表征交流電的物理量3．有效值與最大值的關系：對正弦式電流而言，其最大值是有效值的倍，即：1．瞬時值：反映交流電在_________的電流或電壓的大小和方向．2．有效值：根據電流的____________來規(guī)定的，即交流電和直流電通過同樣阻值的兩個電阻，如果在一個周期內它們產生的________都相等，則這個直流電的數值即作為交流電的有效值．某一時刻熱效應熱量1．正確理解有效值概念2．區(qū)分有效值與平均值有效值不是平均值．如圖，當矩形線圈由位置1逆時針轉到位置2，由于穿過線圈的磁通量無變化，所以這一過程的感應電動勢的平均值為零．但在這段時間內線圈內確有感應電流通過，消耗電能，發(fā)了熱，因此感應電流的有效值并不為零，感應電動勢的有效值也不為零．1)交變電流的有效值是根據電流的熱效應來規(guī)定的，它是交流電在一個周期內輸出電能的量度，過程量．對于正弦式交變電流有效值的計算，必須從電熱角度求解．2)交流電器銘牌上標明的額定電壓或額定電流是有效值；交流電表測得的電流、電壓也是有效值；不加特別說明，提到交流的電流、電壓、電動勢時，都是指有效值．對一個確定的交變電流來說，其有效值是一個定值；而平均值由E＝n確定，與所取的時間間隔有關．正弦式交變電流的正半周平均電動勢而一個周期內的平均電動勢卻為零．在進行具體計算時，求電路中的電功率、熱量時，用有效值；求通過導體橫截面的電量時，用平均值．4．周期、頻率和角頻率：它們都是用來表征交流電__________的物理量．(1)周期：完成一次__________所需的時間．(2)頻率：在1s內完成周期性變化的次數．(3)角頻率：單位時間內線圈平面轉過的角度．(4)三者的關系是：(5)我國工農業(yè)生產和生活用的交流電，頻率是________Hz，周期是________s，電流方向每秒鐘改變________次．變化快慢周期性變化500.021001．分析物理圖象的要點：一看、二變、三判．一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“截距”、看“面積”、看“拐點”，并理解其物理意義．二變：掌握“圖與圖”、“圖與式”和“圖與物”之間的變通關系．三判：在此基礎上進行正確的分析和判斷．2．因交變電流i隨時間t的變化規(guī)律不再是簡單的正比例(線性)關系，故需借助圖象法來分析研究，這比單純地用代數方法顯得更為直觀、簡捷．3．對于正弦交變電流的變化規(guī)律，不應只從其隨時間按正弦規(guī)律變化這一點去認識，還應看到交流的電動勢隨線圈在勻強磁場中空間位置的變化而變化，隨線圈的磁通量變化而變化．題型一探究交流電產生的規(guī)律及圖象問題處于勻強磁場中的矩形線圈abcd，以恒定的角速度繞ab邊轉動，磁場方向平行于紙面并與ab垂直．在t＝0時刻，線圈平面與紙面重合(如圖甲所示)，線圈的cd邊離開紙面向外運動，若規(guī)定由abcda方向的感應電流為正，則能反映線圈中感應電流i隨時間t變化的圖象是(

)C1.有一個小型發(fā)電機，機內的100匝面積為1m2的矩形線圈在勻強磁場中，以恒定的角速度繞垂直于磁場方向的固定軸轉動，穿過每匝線圈的磁通量Ф隨時間的變化規(guī)律如圖所示，由此可知發(fā)電機電動勢瞬時值表達式是(

)A．e＝220sin100πt(V)B．e＝220cos100πt(V)C．e＝314sin100πt(V)D．e＝314cos100πt(V)C矩形線圈面積為S，匝數為N，線圈電阻為r，在磁感應強度為B的勻強磁場中繞軸OO′以角速度ω勻速轉動，外電路電阻為R，當線圈由右圖所示位置轉過90°的過程中，下列說法正確的是(

)A．線圈產生的交流電的周期為T＝B．平均感應電動勢C．電阻R所產生的焦耳熱D．通過電阻R的電量為題型二描述交流電的物理量的應用BC2．關于正弦式電流的有效值，下列說法中不正確的是(

)A．交流電的有效值是根據電流的熱效應來定義的B．在交流電路中，交流電流表和交流電壓表的示數表示的都是有效值C．對于正弦式電流，最大值的平方等于有效值平方的2倍D．有效值就是交流電在一周期內的平均值D第一單元交變電流第2課時變壓器電能的輸送

選修3－2

第十一章交變電流傳感器基礎回顧考點一變壓器1．變壓器：變壓器是一種能改變________電壓的設備．它是由一個閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的，跟電源相連的叫________(或叫初級線圈)，跟負載相連的叫________(或叫次級線圈)．其工作原理是________，故它不能改變恒定電流．2．理想變壓器：沒有漏磁和能量損失的變壓器．(1)輸入功率與輸出功率的關系是____________．P入＝P出交流原線圈副線圈電磁感應(2)電壓與匝數的關系是__________________，適用于繞在同一鐵芯上的多個線圈的變壓器．(3)電流與匝數的關系是____________，僅適用于只有一個副線圈的變壓器．(4)原、副線圈交流電的頻率關系是____________．3．兩種常見的變壓器(1)自耦變壓器(如調壓變壓器)：鐵芯上只繞________線圈，可升壓，可降壓．答案：3．(1)一個(2)高壓低壓大電流小電流外殼副線圈要點深化1．理想變壓器的理想化條件及工作原理理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線圈內阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別(即磁漏)．工作原理：利用了法拉第電磁感應定律和楞次定律．閉合鐵芯把在鐵芯上具有的磁通量導在鐵芯之內而不外漏，這樣，通過繞在鐵芯上所有線圈的磁通量的變化率相同，利用法拉第電磁感應定律可知，線圈上的電壓與其匝數成正比．根據楞次定律可知，原、副線圈上的電流呈現出正弦對余弦的關系．2．多個副線圈電流關系的推導電流與匝數成反比的關系僅適用于只有一個副線圈的變壓器．如果副線圈有多個則不適用了，可以根據輸入功率等于輸出功率的關系推導出：U1I1＝U2I2＋U3I3＋……再根據可得出：n1I1＝n2I2＋n3I3＋……根據以上關系知：①匝數比一定時，U2由U1決定；②輸入電流由輸出電流決定；③輸入功率由輸出功率決定．基礎回顧考點二電能的輸送1．輸電線上電能的損失：在輸電導線上，由于電流的________效應，必然有一部分________轉化成________而損失掉．2．減小輸電線上損耗電能的方法根據焦耳定律表達式________可知：(1)減小輸送電路的________；(2)減小輸送電路的________．答案：1．熱電能內能2．Q＝I2Rt

(1)電流(2)電阻3．高壓輸電的原理由輸送功率P＝UI，其中U為________，I為________，由于輸送功率是有限的，因而可以通過提高__________，以減小________，則線路上的損耗P損＝I2R可大幅度減小，這是行之有效的辦法．答案：輸送電壓輸送電流輸送電壓輸送電流

要點深化1．遠距離輸電的電路構成如下圖所示2．遠距離輸電功率、電壓、電流之間的關系(1)功率之間的關系是：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P3＋Pr(2)電壓之間的關系是：(3)電流之間的關系是：可見其中電流之間的關系最簡單，I2、Ir、I3中只要知道一個，另兩個總跟它相等．因此求輸電線上的電流往往是這類問題